introduzione
Si ritiene che un fenomeno ben noto, la linea di fulmini tra una nube temporalesca e il suolo, sia di natura puramente elettrica. Si ritiene che il meccanismo per la formazione di un tale fulmine sia, in termini generali, lo stesso del meccanismo per la formazione di una lunga scintilla, vale a dire: un guasto a valanga d'aria a un'intensità del campo elettrico di rottura.
Tuttavia, la formazione di fulmini è fondamentalmente diversa dalla generazione di scintille lunghe. In primo luogo, il canale di conduzione per un fulmine si forma in condizioni in cui l'intensità del campo elettrico è molto inferiore a quella richiesta per un guasto da valanga. In secondo luogo, questo canale non si forma immediatamente per l'intera lunghezza tra la nuvola e il suolo, ma attraverso accumuli successivi, con pause significative tra di loro. Nell'ambito degli approcci tradizionali, entrambe queste circostanze non hanno ancora trovato spiegazioni ragionevoli, quindi, anche come il fulmine sia possibile in linea di principio rimane un mistero.
In questo articolo, proveremo a colmare queste lacune. Cercheremo di dimostrare che la gravità gioca un ruolo importante nel garantire la possibilità di una scarica elettrica tra una nube temporalesca e la terra. Il ruolo della gravitazione qui, ovviamente, non è nell'effetto gravitazionale sulle particelle cariche libere, ma nell'influenza sul funzionamento dei programmi che controllano il comportamento di queste particelle, ad es. programmi che forniscono fenomeni elettromagnetici. Questa influenza della gravitazione si fa sentire quando la scala verticale del fenomeno elettrico è piuttosto grandiosa e il fulmine da nube a terra è proprio un fenomeno del genere. Le particelle cariche libere tra una nuvola temporalesca e il suolo sono controllate secondo un algoritmo standard: particelle con una carica con lo stesso nome con una carica in eccesso nella parte inferiore della nuvola vengono "respinte" elettricamente da essa e le particelle con una carica opposta a quella carica,"Attratto" da lui. Ma la gravità fa sì che questo algoritmo standard funzioni in modo completamente paradossale. La presenza di gravitazione porta al fatto che per particelle separate da un dislivello sufficientemente grande, lo stesso nome o dissomiglianza di cariche non è una proprietà costante nel tempo. La frequenza con cui il segno della carica di questa particella cambia ciclicamente rispetto al segno della carica in eccesso dipende dalla differenza di altezza tra l'eccesso di carica nella nuvola e la particella carica libera. Di conseguenza, ciascuna di queste particelle sperimenta influenze di forza alternate - "alla nuvola - dalla nuvola". Ciò facilita la formazione di un canale di conduzione per un fulmine, poiché il tipo di guasto elettrico dell'aria non è valanga, ma ad alta frequenza (HF). Anche l'accumulo graduale del canale di conduzione (il movimento del passo leader) trova una spiegazione naturale.
L'impotenza degli approcci tradizionali
Fino ad ora, non esiste una spiegazione ragionevole di come si verificano i fulmini alle intensità di campo elettrico esistenti.
Frenkel, dopo aver illustrato la clamorosa inadeguatezza dell'intensità del campo elettrico per una rottura d'aria da valanga tra una nube temporalesca e il suolo, ha avanzato l'ipotesi che la punta della crescente ripartizione sia un amplificatore di forza a causa della forte disomogeneità del campo vicino alla punta. Nonostante la plausibilità esterna di questo modello, a nostro avviso presenta un grave inconveniente. La punta aumenta l'intensità del campo quando c'è una carica in eccesso su questa punta. Ma, come vedremo più avanti, il canale con aria ionizzata si forma in condizioni in cui le cariche dalla nuvola non sono ancora riuscite ad avanzare fino alla fine di questo canale, e non c'è ancora carica in eccesso a questa estremità. Come cresce questo canale se l'amplificazione di campo non funziona ancora? E da dove proviene la prima sezione del canale di conduzione,il primo punto? Ecco cosa scrivono gli autori moderni sull'intensità del campo elettrico in un temporale: “È chiaro che nel punto di inizio del fulmine il campo elettrico deve essere sufficiente per aumentare la densità elettronica a seguito della ionizzazione da impatto. In aria di densità normale, ciò richiede Eio"30 kV / cm; ad un'altitudine di 3 km sul livello del mare (questa è l'altezza media dell'inizio del fulmine in Europa) - circa 20 kV / cm. Un campo elettrico così forte non è mai stato misurato in una nube temporalesca. Le cifre più alte sono state registrate durante il suono del razzo delle nuvole (10 kV / cm) … e durante il volo attraverso una nuvola di un velivolo da laboratorio appositamente attrezzato (12 kV / cm). Nelle immediate vicinanze di una nuvola temporalesca, quando si vola attorno ad essa su un aereo, si intende che sia approssimativamente 3,5 kV / cm … Le cifre da 1,4 a 8 kV / cm sono state ottenute in una serie di misurazioni simili in termini di metodologia. Se questi numeri non sono troppo alti, sono comunque molto al di sotto del valore richiesto per un guasto da valanga, anche dove iniziano i fulmini. “Anche con tensioni megavolt dei generatori da laboratorio, le stelle filanti crescono solo fino a diversi metri nell'aria. Tensioni in decine di megavolt,I fulmini provocanti sono in grado di aumentare la lunghezza delle stelle filanti, nella migliore delle ipotesi, fino a decine di metri, ma non fino a chilometri, sui quali crescono normalmente i fulmini”, scrivono gli autori. Offrono un'incredibile via d'uscita dall'impasse: "L'unica cosa che può essere prevenuta … il decadimento del plasma d'aria in un campo elettrico debole è aumentare la temperatura del gas nel canale … fino a 5000-6000K" - e poi forniscono resoconti fantastici di come potrebbe la temperatura della superficie del Sole sarebbe raggiunto e mantenuto nel canale di conduzione di formatura - fino allo shock di corrente principale. In questo caso, gli autori ignorano la questione di come l'aria potrebbe brillare a una temperatura così elevata - dopotutto, non si osserva alcun bagliore intenso nel canale di conduzione in formazione.su cui di solito cresce il fulmine”- scrivono gli autori. Offrono un'incredibile via d'uscita dall'impasse: "L'unica cosa che può essere prevenuta … il decadimento del plasma d'aria in un campo elettrico debole è aumentare la temperatura del gas nel canale … fino a 5000-6000K" - e poi forniscono resoconti fantastici di come potrebbe la temperatura della superficie del Sole sarebbe raggiunto e mantenuto nel canale di conduzione di formatura - fino allo shock di corrente principale. In questo caso, gli autori ignorano la questione di come l'aria potrebbe brillare a una temperatura così elevata - dopotutto, non si osserva alcun bagliore intenso nel canale di conduzione in formazione.su cui di solito cresce il fulmine”- scrivono gli autori. 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In questo caso, gli autori ignorano la questione di come l'aria potrebbe brillare a una temperatura così elevata - dopotutto, non si osserva alcun bagliore intenso nel canale di conduzione in formazione.questo per innalzare la temperatura del gas nel canale … a 5000-6000K "- e poi vengono forniti fantastici layout sul tema di come la temperatura della superficie del Sole potrebbe essere raggiunta e mantenuta nel canale di conduzione in formazione - fino allo shock principale della corrente. In questo caso, gli autori ignorano la questione di come l'aria potrebbe brillare a una temperatura così elevata - dopotutto, non si osserva alcun bagliore intenso nel canale di conduzione in formazione.
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Aggiungiamo che vi sono stati precedenti tentativi di proporre un meccanismo che svolgesse un ruolo ausiliario nella formazione del canale di conduzione e facilitasse il distacco da valanga. Quindi, Tverskoy fornisce un collegamento a Kaptsov, che espone la teoria di Loeb e Mick. Secondo questa teoria, nella testa del canale di conduzione in crescita ci sono ioni eccitati - con energie di eccitazione che superano le energie di ionizzazione degli atomi. Questi ioni emettono fotoni a lunghezza d'onda corta che ionizzano gli atomi, il che contribuisce alla formazione del canale di conduzione. Senza negare l'esistenza di questo meccanismo, notiamo che qui, ancora una volta, l'energia cinetica degli elettroni viene spesa per l'eccitazione degli ioni - che altrimenti andrebbe direttamente alla ionizzazione degli atomi. La ionizzazione indiretta, attraverso l'eccitazione di ioni e l'emissione di fotoni a lunghezza d'onda corta, è meno efficace della ionizzazione diretta per impatto di elettroni. Pertanto, questa ionizzazione indiretta non facilita la rottura della valanga, ma, al contrario, la complica, dando perdite di energia durante la formazione di una valanga - soprattutto se si tiene conto che i fotoni ionizzanti, non avendo carica, dovrebbero disperdersi in tutte le direzioni, e il canale di conduzione cresce nella direzione preferita. Infine, è un dato di fatto: gli "ioni emessi" non aiutano a formare lunghi streamer in condizioni di laboratorio.
Ma non solo la crescita del canale di conduzione stesso è un mistero per le intensità del campo elettrico esistente - la discontinuità di questa crescita, con pause significative tra accumuli successivi, rimane non meno un mistero. Scrive Schonland: “La durata della pausa tra i gradini successivi per un passo leader varia sorprendentemente poco … Nel 90% dei tanti leader studiati, rientra nel range tra i 50 ei 90 m sec. Pertanto, è difficile accettare una spiegazione della pausa che non includa un meccanismo fondamentale di scarica del gas. Pertanto, la pausa difficilmente può essere associata a nessuna proprietà della carica nella nuvola, che alimenta il leader, poiché ciò dovrebbe fornire un'ampia dispersione di pause da un lampo all'altro. Per lo stesso motivo, qualsiasi interpretazione dovrebbe essere scartata.basato su oscillazioni nel canale tra la nuvola e la punta del leader o su impulsi che si muovono lungo questo canale. Da tali spiegazioni, un aumento della durata della pausa al crescere della lunghezza del canale, ma un tale aumento non si osserva”(nostra traduzione). Ma una spiegazione ragionevole delle pause, basata sul "meccanismo di scarico dei gas di natura fondamentale", non è stata ancora proposta. Human scrive: “Per fuorviare completamente il lettore, nella letteratura sulla“teoria”dei fulmini, i dati di laboratorio, molti dei quali contraddittori, vengono spesso estrapolati per“spiegare”i fenomeni del fulmine. Lo stato deplorevole generale è illustrato da varie teorie del passo leader … Nella maggior parte delle fonti letterarie sul fulmine della parolaDa tali spiegazioni, un aumento della durata della pausa all'aumentare della lunghezza del canale, ma un tale aumento non si osserva”(nostra traduzione). Ma una spiegazione ragionevole delle pause, basata sul "meccanismo di scarico dei gas di natura fondamentale", non è stata ancora proposta. Human scrive: “Per fuorviare completamente il lettore, nella letteratura sulla“teoria”dei fulmini, i dati di laboratorio, molti dei quali contraddittori, vengono spesso estrapolati per“spiegare”i fenomeni del fulmine. Lo stato deplorevole generale è illustrato da varie teorie del passo leader … Nella maggior parte delle fonti letterarie sul fulmine della parolaDa tali spiegazioni, un aumento della durata della pausa all'aumentare della lunghezza del canale, ma un tale aumento non si osserva”(nostra traduzione). Ma una spiegazione ragionevole delle pause, basata sul "meccanismo di scarico dei gas di natura fondamentale", non è stata ancora proposta. Human scrive: “Per fuorviare completamente il lettore, nella letteratura sulla“teoria”dei fulmini, i dati di laboratorio, molti dei quali contraddittori, vengono spesso estrapolati per“spiegare”i fenomeni del fulmine. Lo stato deplorevole generale è illustrato da varie teorie del passo leader … Nella maggior parte delle fonti letterarie sul fulmine della parola“Per fuorviare completamente il lettore, nella letteratura sulla" teoria "del fulmine, i dati di laboratorio, molti dei quali sono contraddittori, vengono spesso estrapolati per" spiegare "i fenomeni fulminei. Lo stato deplorevole generale è illustrato da varie teorie del passo leader … Nella maggior parte delle fonti letterarie sul fulmine della parola“Per fuorviare completamente il lettore, nella letteratura sulla" teoria "del fulmine, i dati di laboratorio, molti dei quali sono contraddittori, vengono spesso estrapolati per" spiegare "i fenomeni fulminei. Lo stato deplorevole generale è illustrato da varie teorie del passo leader … Nella maggior parte delle fonti letterarie sul fulmine della parola pilota-leader e streamer sostituiscono le spiegazioni del significato fisico dei fenomeni. Ma nominare non significa spiegare ". Infine, ecco un'altra citazione: “Numerose ipotesi sul meccanismo del passo guida sono così imperfette, poco convincenti e spesso semplicemente ridicole che non le discuteremo nemmeno qui. Oggi non siamo pronti a offrire il nostro meccanismo”.
Queste sono, in breve, le visioni moderne della scienza sulla fisica dei fulmini. Presentiamo ora un approccio alternativo.
Come la gravità interferisce con i fenomeni elettromagnetici
La dinamica delle cariche libere è ben studiata per i casi in cui le particelle cariche coinvolte si trovano approssimativamente nello stesso potenziale gravitazionale. Ma se le particelle coinvolte sono sufficientemente disperse lungo l'altezza, la natura della dinamica delle cariche libere risulta essere radicalmente diversa.
Secondo il concetto di mondo fisico "digitale", una carica elettrica elementare non è una caratteristica energetica, essendo solo un segno per una particella, un identificatore per programmi che forniscono fenomeni elettromagnetici. L'etichetta di carica per una particella è implementata fisicamente in modo abbastanza semplice. Rappresenta le pulsazioni quantistiche alla frequenza dell'elettrone f e, il cui valore è determinato dalla formula di de Broglie hf e = m e c 2, dove h è la costante di Planck, m eè la massa di un elettrone, c è la velocità della luce. Il segno positivo o negativo di una carica elementare è determinato dalla fase delle pulsazioni quantistiche alla frequenza dell'elettrone: le pulsazioni che identificano le cariche di un segno sono in fase, ma sono antifase alle pulsazioni che identificano le cariche di un segno diverso.
È chiaro che solo le increspature che hanno la stessa frequenza possono essere costantemente esattamente in fase o in antifase. Se le frequenze delle due pulsazioni differiscono, la loro differenza di fase cambia nel tempo, in modo che gli stati delle loro fasi e antifase si ripetano alternativamente alla frequenza della differenza.
Ora ricordiamo che la gravitazione, secondo il nostro modello, è organizzata in modo tale che le masse delle particelle elementari e le corrispondenti frequenze delle pulsazioni quantistiche dipendono dal potenziale gravitazionale, aumentando man mano che salgono lungo la verticale locale. Quindi, per lo spazio vicino alla Terra, la relazione è valida.
dove R è la distanza dal centro della Terra, f ¥ è la frequenza delle pulsazioni quantistiche "all'infinito", G è la costante gravitazionale, M è la massa della Terra, c è la velocità della luce.
Confrontando il criterio per identificare la dissomiglianza omonima delle cariche e la dipendenza della frequenza degli elettroni dal potenziale gravitazionale, otteniamo conseguenze paradossali. Le frequenze elettroniche delle particelle nello stesso potenziale gravitazionale sono le stesse, quindi, le cariche opposte situate alla stessa altezza devono essere sempre dissimili e quelle con lo stesso nome devono avere lo stesso nome. Ma una situazione diversa dovrebbe verificarsi per due particelle separate dal dislivello DH. La differenza relativa tra le loro frequenze elettroniche, come segue da (1), è
dove g è l'accelerazione di gravità locale, f e = 1,24 × 10 20 Hz è il valore locale della frequenza dell'elettrone. Per queste due particelle, gli stati in fase e antifase delle pulsazioni elettroniche vengono ripetuti ciclicamente e il periodo di ripetizione è 1 / D f e. Ciò significa che per i programmi che controllano le particelle cariche, le cariche delle nostre due particelle, relative l'una all'altra, dovrebbero alternativamente risultare essere dello stesso nome, quindi diverse.
Un tale approccio, a prima vista, contraddice il concetto di segno assoluto della carica elementare insita in una particolare particella. Ma questa contraddizione è evidente. Un elettrone a qualsiasi altezza si comporta quindi come il proprietario di una carica negativa elementare, perché per ogni potenziale gravitazionale, oltre al valore della frequenza dell'elettrone, vengono programmate due correnti opposte di pulsazioni a questa frequenza, impostando due segni della carica elettrica - e la fase attuale delle pulsazioni per l'elettrone corrisponde sempre a una carica negativa. In questo senso, il segno negativo della carica elettronica è assoluto. La commutabilità dei segni di carica è di natura relativa; si manifesta in coppie di particelle cariche libere, sufficientemente distanziate in altezza.
Prima di spiegare cosa significa "spaziatura sufficiente in altezza", notiamo che in condizioni di gradiente verticale di frequenza elettronica, anche con una differenza di altezza trascurabile che separa due elettroni, le loro frequenze elettroniche differiscono e la differenza di fase delle loro pulsazioni elettroniche cambia nel tempo. Se per una coppia di tali elettroni la dissomiglianza omonima di cariche l'una rispetto all'altra si verificasse solo nei momenti di esatta antifase in fase delle loro pulsazioni elettroniche, allora la loro reciproca "repulsione-attrazione" sarebbe fornita solo in questi momenti separati di tempo. Quindi, con un dislivello di 1 cm, due elettroni si “sentirebbero” l'un l'altro per un breve periodo con una periodicità, secondo (2), di circa 7 ms. E questo non si osserva nell'esperienza: si "sentono" costantemente.
Da ciò concludiamo: misure speciali sono state prese per garantire che le particelle cariche, che sono in diversi potenziali gravitazionali e hanno diverse frequenze elettroniche, mostrino continuamente le loro cariche in relazione l'una con l'altra. È logico presumere che la dissomiglianza con lo stesso nome delle cariche sia determinata non per l'esatta antifase in fase delle pulsazioni elettroniche, ma per corridoi di fase più ampi. Vale a dire, le cariche sono considerate con lo stesso nome se la differenza di fase delle corrispondenti pulsazioni quantistiche alla frequenza dell'elettrone cade nell'intervallo 0 ± (p / 2) - e diversamente se questa differenza di fase cade nell'intervallo p ± (p / 2). Come risultato di una tale definizione della dissomiglianza omonima delle cariche, praticamente tutte le particelle cariche situate a diverse altezze saranno costantemente coperte dal controllo del programma,responsabile dei fenomeni elettromagnetici.
Ma, come ci sembra, il funzionamento di questi programmi viene radicalmente semplificato eliminando la necessità di operare mutui mutamenti nei segni delle cariche separati da piccoli dislivelli. Per questo, attraverso la manipolazione software delle fasi delle pulsazioni quantistiche a frequenze elettroniche, vengono organizzati strati orizzontali adiacenti - con uno spessore di circa diverse decine di metri - in cui queste pulsazioni, nonostante una piccola diffusione di frequenza, si verificano quasi in fase. In ciascuno di questi strati, che chiameremo strati quasi in fase, la fase corrente delle pulsazioni all'altezza del centro dello strato è il riferimento e le pulsazioni che si verificano sopra e sotto il centro di questo strato sono pulsate in fase in modo che rimangano nello 0 ± (p / 2) con pulsazioni al centro dello strato - come schematicamente mostrato in Fig.1. Tali manipolazioni di fase non violano il gradiente di frequenza che fornisce la gravitazione, ma stabiliscono un'uniformità costante di cariche per tutti gli elettroni liberi situati all'interno di uno strato quasi in fase. Allo stesso tempo, i cambiamenti ciclici della dissomiglianza omonima delle cariche negli elettroni liberi si verificano solo per quelli di loro che si trovano in diversi strati di quasi in fase - con una frequenza uguale alla differenza delle frequenze elettroniche alle altezze del centro di questi strati.uguale differenza di frequenze elettroniche alle altezze della metà di questi strati.uguale differenza di frequenze elettroniche alle altezze della metà di questi strati.
Figura: 1
Se il nostro modello è corretto, la carica spaziale in eccesso nell'atmosfera, situata all'interno di uno strato di quasi in fase, dovrebbe portare a effetti di forza ciclica "su e giù" sulla particella carica libera sotto di essa. Se l'area di carica in eccesso copre diversi strati di quasi in fase, le cariche di ogni strato dovrebbero portare a un effetto alla propria frequenza e lo spettro di frequenza dell'effetto totale dovrebbe essere, di conseguenza, più ampio. Quindi le cariche spaziali statiche nell'atmosfera - per il semplice fatto della loro presenza - dovrebbero generare rumore a banda larga nelle apparecchiature elettroniche e, in modo particolarmente efficace, nelle apparecchiature di ricezione radio. Quindi, quando il limite superiore della regione di sovraccarico è 3 km sopra il ricevitore radio, la frequenza superiore della banda di rumore che potrebbe essere generata nel ricevitore èdovrebbe essere di circa 40 MHz. Ci sono tali rumori in pratica?
Si verificano dei rumori
È ben noto che la ricezione radio a medie e soprattutto a lunghe lunghezze d'onda è disturbata, oltre alla cosiddetta. fischi atmosferici e altre interferenze caratteristiche, che acusticamente si manifestano come rumore (fruscio) e crepitio. Queste interferenze aumentano bruscamente con l'avvicinarsi di un temporale locale e si indeboliscono man mano che si allontana, ma è chiaro che non sono causate da scariche elettriche locali. Infatti, avendo un carattere pulsato, le singole scariche danno, rispettivamente, disturbi separati a breve termine - mentre il rumore in questione è caratterizzato dalla continuità nel tempo. Una spiegazione ingegnosa, inclusa in quasi tutti i libri di testo, dichiara che questo rumore è il risultato di scariche di fulmini che si verificano in tutto il mondo contemporaneamente - dopotutto, secondo alcune stime, circa 100 fulmini colpiscono la superficie terrestre ogni secondo. Ma rimane aperta una domanda ridicola sul perché le interferenze dovute ai fulmini, remote a distanze enormi, aumentino bruscamente quando si avvicina un temporale locale.
La ricca esperienza dei radioamatori può essere completata dalla triste esperienza degli aviatori. Le istruzioni e gli ordini regolano le azioni dell'equipaggio quando l'aereo entra nella zona di maggiore elettrificazione atmosferica - a causa del pericolo di danni all'aereo da una scarica di elettricità statica. Il termine "danni agli aeromobili causati da scariche elettriche al di fuori delle zone di attività temporalesca" è tipico qui. Infatti, in una percentuale significativa di casi, soprattutto nella stagione fredda, si formano zone di maggiore elettrificazione atmosferica in assenza di nubi temporalesche, e se le regioni di carica spaziale non hanno confini nettamente definiti, allora non danno luogo a razzi sugli schermi dei radar di bordo e di terra. Quindi l'urto dell'aereo nella zona di maggiore elettrificazione dell'atmosfera non è previsto, ma è determinato dai piloti appunto, il cui segno più importante è la comparsa di forti interferenze radio,che appaiono, ancora, come rumore e crepitio nelle cuffie dei piloti. La ragione di questo rumore e crepitio è la forte elettrificazione del velivolo, ad es. carica in eccesso su di esso. Si può presumere che la scarica di elettricità statica dal velivolo (corona) generi rumore e crepitio nella banda di radiofrequenza utilizzata. Ma ricordate che rumori e crepitii del tutto simili - in condizioni del tutto simili di aumentata elettrificazione dell'atmosfera - sono prodotti anche da ricevitori radio a terra, di cui non è opportuno parlare di forte elettrificazione.che rumori e crepitii del tutto analoghi - in condizioni del tutto analoghe di accresciuta elettrificazione dell'atmosfera - sono dati anche da ricevitori radio a terra, di cui non è opportuno parlare di forte elettrificazione.che rumori e crepitii del tutto analoghi - in condizioni del tutto analoghe di accresciuta elettrificazione dell'atmosfera - sono dati anche da ricevitori radio a terra, di cui non è opportuno parlare di forte elettrificazione.
Confrontando l'esperienza di radioamatori e aviatori, si giunge alla conclusione che la causa principale dei suddetti rumori nelle apparecchiature sia di terra che di bordo è in realtà la stessa, e che questa ragione è sconosciuta alla scienza, non essendo collegata neanche con scariche di fulmini in l'intero globo, né con l'elettrificazione dell'aereo. Associamo questo motivo a cariche volumetriche locali nell'atmosfera, la cui sola presenza è sufficiente per effetti di forza alternata su particelle cariche libere, secondo il meccanismo sopra descritto.
Circa la corrente degli elettroni lungo un lungo conduttore verticale
Se il modello di cui sopra è corretto per il comportamento frequenza-fase delle pulsazioni quantistiche per elettroni liberi distribuiti lungo l'altezza, allora i concetti tradizionali di differenza di potenziale - per fenomeni elettrici che comportano grandi differenze di altitudine - perdono il loro significato. Ad esempio, lascia che un conduttore verticale si estenda attraverso diversi strati di quasi in fase. Quindi non ha senso dire che una qualche differenza potenziale costante viene applicata ai suoi fini. In effetti, di che tipo di differenza potenziale costante possiamo parlare se i segni delle cariche elettroniche alle estremità superiore e inferiore del conduttore risultano essere dello stesso nome, quindi a differenza di - con una frequenza, diciamo, 1 MHz? In questo caso, è corretto parlare semplicemente della concentrazione di una quantità eccessiva di elettroni a una delle estremità del conduttore, ad es. utilizzare l'apparato concettuale,su cui si costruisce la logica dei programmi, che eliminano la citata disomogeneità nella distribuzione della carica, spostando gli elettroni in eccesso lungo il conduttore.
Ma anche quando si utilizza la terminologia corretta, è necessaria una spiegazione: come, ad esempio, le linee elettriche funzionano tra punti con grandi differenze di elevazione - ad es. come una corrente di elettroni (specialmente una costante) scorre attraverso un conduttore, nelle cui sezioni adiacenti le cariche di elettroni non sono sempre dello stesso nome, ma commutano tra stati con lo stesso nome e dissomiglianze a radiofrequenza.
Consideriamo il caso di una tale lunghezza di un conduttore verticale alla quale l'accelerazione di gravità g può essere considerata costante. Quindi, come si può presumere, gli spessori degli strati quasi in fase coinvolti sono gli stessi e, quindi, le differenze df e tra le frequenze delle pulsazioni di riferimento negli strati adiacenti sono le stesse. Con uguali larghezze p dei corridoi di fase, che danno l'identificazione della carica uguale o opposta (vedi sopra), due stati nel conduttore si sostituiranno l'un l'altro con una periodicità di 1 / df e. Vale a dire, il semiperiodo durerà per lo stesso nome delle cariche elettroniche in tutti gli strati, e gli altri segni di semiperiodo delle cariche elettroniche si alterneranno da uno strato all'altro, mentre uno qualsiasi degli strati può essere preso come riferimento.
Siamo interessati alla domanda: se, diciamo, un eccesso costante di elettroni viene mantenuto all'estremità superiore del nostro conduttore, allora quale sarà la natura della corrente di elettroni risultante nel conduttore? A intervalli di tempo con l'identità end-to-end delle cariche, è ovvio che gli elettroni si sposteranno verso il basso lungo l'intero conduttore. Su intervalli di tempo con segni alternati strato per strato di cariche elettroniche, la situazione sarà più complicata. Negli strati in cui le cariche degli elettroni avranno lo stesso nome con la carica in eccesso nella parte superiore, gli elettroni si sposteranno verso il basso e negli strati in cui saranno opposti, si sposteranno verso l'alto. Notare che la corrente degli elettroni "negativi" verso il basso e la corrente degli elettroni "positivi" verso l'alto sono equivalenti. E qualsiasi rilevatore rileverà, nel nostro problema, la stessa corrente continua ovunque nel conduttore - se trascuriamo la condensazione e la rarefazione degli elettroni liberi,che sarà ottenuto alle giunzioni degli strati per ogni intervallo di tempo con segni di carica alternati strato per strato. E queste condensazioni-rarefazioni saranno, in effetti, trascurabili, poiché la velocità di avanzamento degli elettroni nei conduttori, anche con forti correnti, è solo di pochi centimetri al secondo.
Pertanto, la discrepanza nei segni delle cariche degli elettroni, di cui parla il nostro modello, praticamente non influisce sul processo di movimento degli elettroni in eccesso lungo un lungo conduttore verticale. Ma il fulmine colpisce l'aria, che in condizioni normali non è un conduttore. Affinché un fulmine diventi possibile, è necessario che nell'aria si formi un canale di conduzione, ad es. canale con un grado di ionizzazione sufficientemente elevato.
Come si creano le condizioni per la disgregazione dell'aria ad alta frequenza sotto una nuvola temporalesca
Nella parte inferiore della nube temporalesca, da cui inizia la formazione di un canale di conduzione per un fulmine, si concentra una carica in eccesso, di regola negativa. La lunghezza verticale dell'area di concentrazione di questa carica può essere di 2-3 km.
Sembrerebbe che questa potente concentrazione di carica dovrebbe causare una deriva elettrica di particelle cariche libere presenti in piccole quantità nell'aria impenetrabile tra la nuvola e il suolo. L'azione della forza statica sugli elettroni liberi sarebbe più efficace rispetto agli ioni, rispetto ai quali gli elettroni hanno meno inerzia e maggiore mobilità. Ma nella letteratura sull'elettricità atmosferica, non abbiamo trovato alcuna menzione della deriva degli elettroni atmosferici sotto una nube temporalesca al suolo - e questa deriva non poteva passare inosservata. E nessuno degli autori ha posto la domanda: perché non c'è tale deriva?
Il nostro modello spiega facilmente questo paradosso dal fatto che la potente concentrazione della carica nell'atmosfera non porta ad un effetto di forza statica sulle particelle cariche libere sottostanti, ma a un segno alternato - inoltre, in un'ampia banda di frequenza determinata dalla lunghezza verticale della concentrazione di carica. Con un tale impatto, nel movimento risultante degli elettroni atmosferici non vi è alcun componente corrispondente alla corrente continua - come in un conduttore con una carica in eccesso a un'estremità - questi elettroni sperimentano solo una "irregolarità" ad alta frequenza.
Ma questa "irregolarità" degli elettroni atmosferici assicura, a nostro avviso, la formazione di un canale di conduzione per un fulmine. Se l'energia cinetica degli elettroni liberi come risultato dell'esposizione ad alta frequenza è sufficiente per la ionizzazione da impatto degli atomi d'aria, si verifica una rottura ad alta frequenza senza elettrodi. È ben noto che il guasto HF si verifica a intensità di campo molto inferiori rispetto al guasto da valanga, a parità di condizioni. Questo spiega il mistero della formazione di un canale di conduzione per un fulmine a tensioni che sono tutt'altro che sufficienti per un guasto da valanga.
È pertinente aggiungere che N. Tesla scioccò i suoi contemporanei con lo spettacolo di lunghe scariche nell'aria, causate da lui artificialmente - fu persino chiamato il "signore dei fulmini". È noto che il segreto di Tesla consisteva non solo nell'uso di tensioni molto elevate, ma anche nell'alternanza di queste tensioni, a frequenze di decine di kHz e superiori. Pertanto, il tipo di rottura dell'aria nel fulmine di Tesla era senza dubbio ad alta frequenza.
Ma torniamo alla ripartizione HF dell'aria, che forma il canale di conduzione per un fulmine da nube a terra. È chiaro che, a parità di densità di elettroni liberi a tutta l'altezza tra la nuvola e il suolo, si verificherà prima di tutto la ripartizione HF dove, a causa dell'impatto HF, gli elettroni hanno la massima energia cinetica. Tra la nuvola e il suolo, l'energia degli elettroni atmosferici risulta essere massima nella regione immediatamente adiacente al "fondo" della nuvola: in primo luogo, c'è la massima intensità di esposizione HF, e, in secondo luogo, la densità dell'aria è minima lì, il che favorisce l'accelerazione degli elettroni. Ecco perché, nel nostro caso, il guasto HF inizia da sotto il fondo della nube temporalesca. Ma non germoglia subito a tutta l'altezza tra la nuvola e il suolo: spunta solo la lunghezza di un gradino in corrispondenza del "passo leader".
Cosa determina la lunghezza del passo guida
Quindi, il canale di conduzione per un fulmine da nube a terra inizia a crescere dall'area adiacente al "fondo" della nube temporalesca. Sembrerebbe che la ripartizione HF che si sviluppa dalla nuvola al suolo possa far crescere il canale di conduzione contemporaneamente per l'intera lunghezza consentita dall'intensità dell'esposizione HF - questa intensità sarebbe sufficiente per garantire il grado di ionizzazione dell'aria richiesto. Ma questo approccio non tiene conto delle condizioni specifiche che esistono ai confini degli strati quasi in fase.
Consideriamo infatti un elettrone libero che, nella fase di accelerazione dell'azione RF, attraversa il confine tra strati adiacenti quasi in fase. Se, al momento di attraversare il confine, in questi strati vicini c'è lo stesso nome delle cariche degli elettroni, allora non accadrà nulla di speciale al nostro elettrone: la fase di accelerazione dell'impatto HF continuerà. Ma se la transizione del confine cade sulla differenza nelle cariche degli elettroni negli strati vicini, il risultato di tale transizione del confine sarà un'immediata inversione di fase dell'effetto HF: lo stadio di accelerazione sarà sostituito da uno di decelerazione. In questo caso, l'elettrone non sarà in grado di percepire completamente l'effetto HF, a differenza degli elettroni che oscillano all'interno di uno strato quasi in fase o attraversano il confine tra di loro quando le cariche di elettroni in essi hanno lo stesso nome.
Ne consegue che ai confini tra strati adiacenti quasi in fase ci sono strati limite in cui alcuni degli elettroni liberi hanno energie cinetiche che sono molto inferiori a quella fornita dall'azione RF per gli elettroni rimanenti. Poiché l'energia cinetica ridotta di un elettrone significa anche la sua ridotta capacità di ionizzare l'aria, negli strati limite l'efficienza di ionizzazione è ridotta, approssimativamente della metà. Pertanto, vi è un'alta probabilità che il guasto HF, avendo raggiunto la regione con un'efficienza di ionizzazione ridotta nello strato limite, non sarà in grado di attraversare questa regione e lo sviluppo del guasto HF si fermerà qui.
Quindi i passaggi della stragrande maggioranza dei leader di passo dovrebbero iniziare e finire agli strati di confine tra gli strati di quasi-fase. E dalla lunghezza media del gradino guida si può giudicare lo spessore degli strati quasi in fase, tenendo conto che se un gradino cade su uno strato quasi in fase, la lunghezza del gradino dovrebbe aumentare quando il gradino devia dalla direzione verticale. Purtroppo non abbiamo trovato in letteratura alcun dato che ci consenta di confermare o smentire la tesi sull'aumento della lunghezza del passo guida quando devia dalla verticale. Tuttavia, ci sono indicazioni che i fulmini lineari quasi orizzontali si formano più liberamente, senza quelle rigide restrizioni sulla lunghezza dei gradini guida, che sono in atto per i fulmini "da nuvola a terra". Infatti, dato che la lunghezza del fulmine "da nube a terra" è in media di 2-3 km ", la lunghezza del fulmine,quello che è successo tra le nuvole, ha raggiunto i 15-20 km e anche di più.
Se il nostro ragionamento è corretto, lo spessore degli strati quasi in fase dovrebbe essere leggermente inferiore alla lunghezza media del passo guida. Diversi autori danno valori leggermente diversi per la lunghezza media del passo - come valore approssimativo chiameremo la figura di 40 m Se questa cifra non è lontana dalla verità, allora non sbaglieremo molto se chiamiamo il valore di 30 m come valore approssimativo per lo spessore degli strati quasi in fase.
Cosa succede nelle pause tra la formazione del canale di conduzione
L'esperienza mostra che dopo il successivo accumulo del canale di conduzione per la lunghezza di uno stadio del leader - che dura circa 1 ms - c'è una pausa prima di costruire lo stadio successivo; queste pause durano circa 50 ms. Cosa succede durante queste pause?
La risposta suggerisce se stessa: durante queste pause, gli elettroni liberi si muovono dalla nuvola lungo l'intero canale di conduzione formato, con il riempimento di una nuova sezione cresciuta fino alla sua estremità, in modo che a questa fine la concentrazione di elettroni in eccesso sia sufficiente per la rottura dello strato limite tra strati vicini di quasi-in fase. Troviamo conferma della tesi sull'avanzamento degli elettroni lungo il canale di conduzione nelle pause tra l'accumulo dei passi guida a Schonland, che scrive della coincidenza della velocità del passo leader con la velocità di deriva degli elettroni liberi - data la densità dell'aria e l'intensità del campo elettrico. Qui Shonland parla della velocità media di un leader a gradini, ma questo leader avanza con brevi lanci, e in modo schiacciante il resto del tempo "riposa". E se la velocità media risultante del leader del passo è uguale alla velocità di avanzamento degli elettroni, ciò significa che gli elettroni si muovono lungo le nuove sezioni in crescita del canale di conduzione precisamente durante le pause seguenti - dopotutto, con la loro velocità di deriva, semplicemente non avrebbero il tempo di avanzare lungo la nuova sezione durante la sua formazione.
E, in effetti, la rottura dell'HF forma una nuova sezione del canale di conduzione solo attraverso un aumento del grado di ionizzazione dell'aria in esso: il numero di elettroni liberi e ioni positivi aumenta, ma rimane uguale l'uno all'altro. Pertanto, inizialmente, non c'è carica in eccesso nella nuova sezione del canale di conduzione e ci vuole tempo per il suo afflusso. Questo è il motivo per cui, a nostro avviso, il modello di amplificazione di campo di Frenkel all'apice del crescente guasto non è operativo. Per un tale miglioramento del campo, è richiesta una carica in eccesso in punta. Ma vediamo che l'accumulo del canale di conduzione si verifica in assenza di carica in eccesso alla punta della rottura crescente: queste cariche in eccesso fluiscono con un ritardo significativo.
Sottolineiamo che è il modello del movimento degli elettroni dalla nuvola lungo il canale di conduzione durante le pause tra i successivi accumuli di questo canale che fornisce la risposta più semplice e logica alla domanda su come viene mantenuto un alto grado di ionizzazione nel canale durante queste pause - quando il meccanismo che ha fornito la rapida rottura, non può più far fronte alla perdita di ioni a causa della ricombinazione e della diffusione. A nostro avviso, è l'avanzamento degli elettroni in eccesso che crea ioni aggiuntivi attraverso la ionizzazione da impatto e quindi contribuisce a mantenere lo stato di conduzione nel canale.
Aggiungiamo che il movimento degli elettroni liberi nelle pause tra gli accumuli del canale di conduzione avviene non solo lungo il canale che raggiunge il suolo e attraverso il quale si verificherà la scossa di corrente principale, ma anche lungo tutti i canali ramificati senza uscita. Ciò è visivamente evidenziato dalla completa somiglianza della crescita di molti canali contemporaneamente, quando non è ancora chiaro quale di essi sarà il canale dello shock attuale principale.
Shock di corrente principale
Quando il canale di conduzione tra la nube temporalesca e il suolo è completamente formato, lo shock di corrente principale (o diversi shock di corrente) si verifica lungo di esso. A volte in letteratura, lo shock di corrente principale viene chiamato senza successo shock da corrente inversa o scarica inversa. Questi termini sono fuorvianti, dando l'impressione che in una scarica inversa, gli elettroni si muovano nella direzione opposta a quella in cui cresceva il canale di conduzione e in cui si muovevano man mano che cresceva. Infatti, in una "scarica inversa", gli elettroni si muovono in una direzione "in avanti", spostandosi fuori dalla nuvola, ad es. dall'area della loro eccessiva concentrazione - sul terreno. Il "rovescio" di questa scarica si manifesta esclusivamente attraverso le sue dinamiche osservate. Il fatto è che subito dopo la formazione di un canale di conduzione tra la nuvola e il suolo,pieno di elettroni in eccesso, lo shock di corrente principale si sviluppa in modo tale che, prima di tutto, gli elettroni iniziano a muoversi nelle sezioni del canale più vicine al suolo, quindi - nelle sezioni più alte, ecc. In questo caso, il bordo della zona di intensa luminescenza, che è generata da questi potenti moti degli elettroni, si sposta dal basso verso l'alto, il che dà ad altri autori un motivo per parlare di "scarica inversa".
Il bagliore durante la scossa di corrente principale ha caratteristiche interessanti. “Non appena il leader raggiunge la Terra, la scarica principale si verifica immediatamente, diffondendosi dalla Terra alla nuvola. La scarica principale è molto più intensa in luminescenza ed è stato osservato che quando la scarica principale si sposta verso l'alto, questa luminescenza diminuisce, specialmente quando passa attraverso i punti di ramificazione. Non è mai stato osservato un aumento del bagliore quando la scarica si è spostata verso l'alto. Spieghiamo queste caratteristiche dal fatto che, nelle fasi iniziali della scossa di corrente principale, la corrente di elettroni nel canale di conduzione principale, che si estende dalla nuvola al suolo, è alimentata dalle correnti di elettroni dai rami senza uscita, proprio come un fiume è alimentato da ruscelli che fluiscono in esso. Queste correnti, alimentando lo shock di corrente nel canale principale, sono realmente "inverse":gli elettroni poi ritornano dai rami senza uscita al canale principale.
Le registrazioni video di un fulmine da nube a terra al rallentatore sono disponibili gratuitamente su Internet. Mostrano chiaramente, da un debole bagliore propagante, la dinamica dell'avanzamento degli elettroni lungo i canali di conduzione in crescita, con abbondanti ramificazioni. Infine, una scarica luminosa si verifica lungo il canale principale, inizialmente accompagnata da un bagliore nei rami laterali - che si estingue molto più velocemente del bagliore nel canale principale, poiché gli elettroni della nuvola ora non entrano nei rami laterali, ma si muovono lungo il canale principale nel terreno.
Conclusione
Non pretendiamo di coprire completamente i fenomeni che si verificano quando un fulmine colpisce. Abbiamo considerato solo il caso di un tipico fulmine lineare da nube a terra. Ma per la prima volta abbiamo fornito una spiegazione sistemica della fisica di tali fulmini. Abbiamo risolto l'enigma della possibilità stessa di fulmini a intensità di campo elettrico che sono ben lungi dall'essere sufficienti per una rottura dell'aria da valanga - dopotutto, la rottura qui risulta essere non valanga, ma ad alta frequenza. Abbiamo nominato il motivo di questo guasto RF. E abbiamo spiegato perché questa ripartizione si manifesta in segmenti successivi, con pause significative tra di loro.
Tutte queste spiegazioni si sono rivelate conseguenze dirette delle nostre idee sulla natura dell'elettricità e sull'organizzazione della gravitazione, tuttavia, con alcuni presupposti chiarificatori. Il ruolo chiave è stato giocato dall'idea dell'organizzazione della gravitazione, perché il fulmine ci appare come un fenomeno elettrico-gravitazionale. Sorprendentemente, il fenomeno dei fulmini tra una nube temporalesca e la terra risulta essere un'importante prova della correttezza di due concetti fondamentali del mondo fisico "digitale" contemporaneamente, sulle essenze di elettricità e gravitazione - dopotutto, il fulmine trova una spiegazione ragionevole sulla base di cucire questi due concetti.
Aggiungiamo che la fisica di cui sopra dei fulmini lineari tra una nube temporalesca e la terra può servire come punto di partenza per spiegare la natura di altri tipi di fulmini. Ad esempio, la regolarità della disposizione degli strati con condizioni speciali di ionizzazione dell'aria può svolgere un ruolo chiave nella formazione del cosiddetto. cerniera in rilievo.
Autore: A. A. Grishaev, ricercatore indipendente
